排水処理装置及び排水処理方法
【課題】蓚酸及びアルミニウムを含有する排水を十分に浄化できる排水処理装置及び排水処理方法を提供する。
【解決手段】蓚酸及びアルミニウムを含有する排水に紫外線を照射する紫外線照射手段（１８）を有する第１蓚酸分解槽（３）と、光触媒（３０）と、少なくとも前記光触媒（３０）に紫外線を照射する紫外線照射手段（１９）とを有する第２反蓚酸分解応槽（７）と、前記第１蓚酸分解槽（３）の前記排水を前記第２蓚酸分解槽（７）に供給する供給手段（１２）と、アルミニウムを除去可能なイオン交換樹脂を有するイオン交換手段（４６）とを備えたことを特徴とする排水処理装置（１）である。
【解決手段】蓚酸及びアルミニウムを含有する排水に紫外線を照射する紫外線照射手段（１８）を有する第１蓚酸分解槽（３）と、光触媒（３０）と、少なくとも前記光触媒（３０）に紫外線を照射する紫外線照射手段（１９）とを有する第２反蓚酸分解応槽（７）と、前記第１蓚酸分解槽（３）の前記排水を前記第２蓚酸分解槽（７）に供給する供給手段（１２）と、アルミニウムを除去可能なイオン交換樹脂を有するイオン交換手段（４６）とを備えたことを特徴とする排水処理装置（１）である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓚酸及びアルミニウムを含有する排水を十分に浄化できる排水処理装置、及び排水処理方法に関する。更に詳細には、本発明は、蓚酸アルマイト処理された物の洗浄に用いられた洗浄排水（廃液）を洗浄水として再利用できる程度にまで浄化できる排水処理装置、及び排水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
蓚酸アルマイト処理された金属物品の洗浄に用いられた洗浄排水には、主として、蓚酸等の有機酸（有機物）とアルミニウムイオン等の金属類が含まれている。その洗浄排水の浄化処理は、凝集沈殿法を用いるのが一般的である。具体的には、洗浄排水中の金属類をアルカリにより中和して、沈殿させて除去した後、その上澄みを適当なｐＨに調整して河川に放流する。この場合、大量の洗浄排水を河川に放流しているので、環境への負荷が高い。そのため、洗浄排水の再利用が求められている。
【０００３】
凝集沈殿法の他にも種々の方法が検討されているが、問題点が多い。例えば、逆浸透膜（ＲＯ膜）法では、常時濃縮された廃棄すべき洗浄排水が発生する。イオン交換法では、イオン負荷が高い場合には、定期的にイオン交換樹脂の再生を行わなければならず、その再生処理により濃縮された廃棄すべき洗浄排水が定期的に発生する。そのため、逆浸透膜法においてもイオン交換法においても、凝集沈殿法と組合さなければならず、洗浄排水の処理が非常に大掛かりなシステムとなる。
【０００４】
近年、紫外線照射ランプからの紫外線を光触媒に照射して、光触媒と被処理流体を接触させ、光触媒反応により被処理流体中の有害物質等の分解を行う有害物質含有排水の浄化方法が提案されている。
【０００５】
例えば、特許文献１においては、シリカ成分を主体とする酸化物相（第１相）とシリカ以外の金属酸化物相（第２相）との複合酸化物相からなり、光触媒機能を有するシリカ基複合酸化物繊維の不織布を用いたことを特徴とする処理流体と光触媒との接触効率に優れた浄化装置が提案されている。
【０００６】
特許文献２においては、過酸化物が含有される排水の処理装置であって、排水に含まれる過酸化物を分解するための光触媒と紫外線光源とを有する光触媒槽と、光触媒槽からの処理水に残存する過酸化物を分解する下向流式の活性炭塔とを含む排水の処理装置が提案されている。
【０００７】
特許文献３においては、紫外線を用いて被処理水中に含まれる有機物を酸化分解処理する紫外線酸化装置であって、紫外線を照射する紫外線照射手段と、紫外線を被処理水に照射して有機物の酸化分解を行うための少なくとも１つの反応部と、光触媒を担持せしめた光触媒フィルターと、被処理水を光触媒フィルターに透過させる流路と、を備えることを特徴とする紫外線酸化装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１７５３３３号公報
【特許文献２】特開２００６−２８９２８３号公報
【特許文献３】特開２００９−０１８２８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、これらの排水処理装置によっては、蓚酸及びアルミニウムを含有する排水の十分な浄化が困難であって、更なる改善が必要とされている。そこで本発明は、蓚酸及びアルミニウムを含有する排水を十分に浄化できる排水処理装置及び排水処理方法を提供することを目的とする。特に、蓚酸アルマイト処理された物の洗浄に用いられた洗浄排水を浄化して、洗浄水として再使用できる程度にまで排水を浄化できる排水処理装置及び排水処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以上の目的を達成するために、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、蓚酸及びアルミニウムを含有する排水に光触媒存在下で紫外線を照射して蓚酸を分解し、その排水をイオン交換処理してアルミニウムを除去することにより、排水を十分に浄化できることを見出した。すなわち、本発明は、蓚酸及びアルミニウムを含有する排水に光触媒存在下で紫外線を照射して蓚酸を分解する蓚酸分解工程と、蓚酸分解工程後の排水をイオン交換処理してアルミニウムを除去するイオン交換処理工程とを備えることを特徴とする排水処理方法である。
【００１１】
また、本発明は、蓚酸及びアルミニウムを含有する排水に紫外線を照射する紫外線照射手段と、光触媒とを有する蓚酸分解槽と、アルミニウムを除去可能なイオン交換樹脂を有するイオン交換手段とを備えたことを特徴とする排水処理装置である。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明によれば、蓚酸及びアルミニウムを含有する排水を十分に浄化できる排水処理装置及び排水処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態に係る排水処理装置の概念断面図である。
【図２】光触媒カートリッジの概念図である。
【図３】実施形態に係る工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明に係る排水処理装置の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。排水処理装置１は、蓚酸とアルミニウムを含有した排水に紫外線を照射可能な第１蓚酸分解槽３と、酸化チタンを表面に有する光触媒や排水に紫外線を照射させる第２蓚酸分解槽７と、排水中の固形物を除去する濾過装置４０と、排水中のアルミニウムをイオン交換により除去するイオン交換装置４６とを備えている。
【００１５】
第１蓚酸分解槽３は、直方体状に形成された流動槽２０と、流動槽２０の底面の上流側（図１の左側）と底面の下流側（図１の右側）を連通する循環路１０、１１とを備えており、この流通路１０と１１の間にポンプ５が設けられている。流動槽２０の上流側の側面には、排水流入口１６が形成され、下流側の側面には、第２蓚酸分解槽７と連通する連通路１２の上流側と接続する排水流出口１７が形成されており、図示しないポンプによって排水流入口１６から排水流出口１７に排水が流動するように構成されている。また、ポンプ５によって流動槽２０内の排水が循環路１０、１１を介して流動槽２０内を循環するように、すなわち排水が流動槽２０→循環路１１→循環路１０→流動槽２０と循環するように構成されている。さらに、流動槽２０内には、流動槽２０内の排水に紫外線を照射させる紫外線ランプ１８と、その排水に酸素を注入する空気注入部２２が配置されている。
【００１６】
紫外線ランプ１８は、上下方向に５本、流動方向に７列、合計３５本が、その長手方向が流動方向に対して垂直で、かつ流動槽２０の底面と平行となるように配置されている。紫外線ランプ１８の外表面には、円柱状に形成されたカバー部材が設けられ、カバー部材は、２５０〜２６０ｎｍだけでなく、１８０〜１９０ｎｍのピーク波長を透過する材質からなる。このカバー部材の材質としては、例えば、合成石英が挙げられる。一般的な低圧水銀ランプは、本来、１８５ｎｍと２５４ｎｍの２つの波長を有するが、通常のカバー部材の素材であるガラスが短波長の紫外線を透過しないため、２５４ｎｍの波長のみを照射する。本実施形態に係る排水処理装置において、紫外線ランプ１８は、上述のようにカバー部材の素材を特殊なものとすることによって、１８０〜１９０ｎｍと２５０〜２６０ｎｍにピーク波長を有する紫外線を照射可能にしている。紫外線照射ランプ１８から照射される紫外線は、１８０〜１９０ｎｍ、好ましくは１８５ｎｍにピーク波長を有し、かつ、２５０〜２６０ｎｍ、好ましくは２５４ｎｍにピーク波長を有する。なお、本実施形態において、紫外線照射ランプ１８のカバー部材は、円柱状に形成したが、それに限定されない。紫外線照射ランプ１８の数は、排水に含まれる蓚酸の量等に応じて決定される。
【００１７】
空気注入部２２は、流動槽２０の底面に最も近い紫外線ランプ１８の紫外線ランプ間に配置され、紫外線ランプ１８の長手方向のほぼ全域に亘って空気を注入できるように構成されている。空気注入部２２は、第１蓚酸分解槽３の下部からエアレーション方式でバブリング可能な装置である。空気供給量は、排水２００Ｌ／ｍｉｎに対して、２００〜５００Ｌ／ｍｉｎであることが好ましく、３５０Ｌ／ｍｉｎであることがさらに好ましい。バブリングした水中の溶存酸素量は、飽和率で５０〜１００％であることが好ましい。また、この空気注入部２２とともに、又はそれに代えてマイクロバブル発生装置を用いて空気を供給してもよい。一般にマイクロバブルの発生方法として、加圧溶解式、エジェクタ式、キャビテーション式、及び旋回式があるが、マイクロバブルの発生方法としては、加圧溶解式、及びエジェクタ式が好ましい。マイクロバブルの特性は生成した気泡の直径と生成量に左右されるため、比較的大量かつ微細な気泡を生成できる加圧溶解式の発生方法が特に好ましい。発生したマイクロバブルの直径は３０μｍ以下であることが好ましい。マイクロバブル発生装置でマイクロバブルを発生した水中の溶存酸素量は飽和率で８０〜１５０％であることが好ましい。マイクロバブルの自己加圧効果によって溶存酸素の飽和量以上の酸素を溶存させることができる。
【００１８】
第２蓚酸分解槽７は、直方体状に形成された流動槽２８と、流動槽２８の底面の上流側と下流側の底面を連通する循環路３２と、を備えている。流動槽２８の上流側の側面には、連通路１２の下流側と接続する排水流入口２５が形成され、流動槽２８の下流側の側面には、排水流出口２６が形成されており、図示しないポンプによって排水流入口２５から排出流出口２６に排水が流動するように構成されている。流動槽２８内には、光触媒及び流動槽２８内の排水に紫外線を照射させる紫外線ランプ１９と、その排水に酸素を注入する空気注入部２３と、酸化チタンを表面に有する光触媒を有する平板状の光触媒カートリッジ３０とが配置されている。
【００１９】
紫外線ランプ１９は、光触媒カートリッジ３０に光を照射するように、上下方向に５本、流動方向に３列、合計１５本が、その長手方向が流動方向に対して垂直で、かつ流動槽２８の底面と平行となるように配置されている。紫外線ランプ１９は、第１蓚酸分解槽３で用いられた紫外線ランプ１８と同じものを用いることができる。空気注入部２３は、流動槽２８の底面に最も近い紫外線ランプ１９の紫外線ランプ間に配置され、紫外線ランプ１９の長手方向のほぼ全域に亘って空気を注入できるように構成されている。空気注入部２３は、第１蓚酸分解槽３で用いられた空気注入部２２と同じものを用いることができる。平板状の光触媒カートリッジ３０は、その面が排水の流動方向に対して垂直に交わるとともに、その間に紫外線ランプ１９を挟むように一対配置されており、流動槽２８の流動方向に対して垂直な面全域に至るように構成されている。本実施態様に係る排水処理装置１においては一対のみ配置したが、処理能力等に応じて複数配置してもよい。また、本実施態様に係る排水処理装置において、光触媒カートリッジ３０は、このように排水の流動方向に対して垂直に交わるように配置したが、流動する排水が効率よく各平板状不織布３４を通過すればよく、例えば、斜めに配置してもよい。光触媒カートリッジ３０を斜めに配置する場合、流動方向に対して１０°前後、傾いて設置されることが好ましく、５°前後であることがさらに好ましい。
【００２０】
光触媒カートリッジ３０は、光触媒繊維を用いて平板状に形成された平板状不織布３４と一対の金網３６とからなり、図２に示されるように平板状不織布３４が一対のステンレス製の金網３６によって挟持されている。このように金網３６をサポート材として用いてカートリッジ状にすることにより、光触媒機能が劣化した平板状不織布３４を容易に取り換えることができる。
【００２１】
次に、光触媒繊維からなる平板状不織布３４の好ましい例について説明する。光触媒繊維は、シリカ成分を主体とする酸化物相（以下、第１相という。）とＴｉを含む金属酸化物相（以下、第２相という。）との複合酸化物であるシリカ基複合酸化物繊維からなることが好ましい。
【００２２】
第１相は、シリカ成分を主体とする酸化物相であり、非晶質であっても結晶質であってもよく、またシリカと固溶体あるいは共融点化合物を形成し得る金属元素あるいは金属酸化物を含有してもよい。シリカと固溶体を形成し得る金属元素（Ａ）としては、例えば、チタン等が挙げられる。シリカと固溶体を形成し得る金属酸化物の金属元素（Ｂ）としては、例えば、アルミニウム、ジルコニウム、イットリウム、リチウム、ナトリウム、バリウム、カルシウム、ホウ素、亜鉛、ニッケル、マンガン、マグネシウム、及び鉄等が挙げられる。
【００２３】
第１相は、シリカ基複合酸化物繊維の内部相を形成しており、力学的特性を負担する重要な役割を演じている。シリカ基複合酸化物繊維全体に対する第１相の存在割合は４０〜９８重量％であることが好ましく、目的とする第２相の機能を十分に発現させ、なお且つ高い力学的特性をも発現させるためには、第１相の存在割合を５０〜９５重量％の範囲内に制御することがさらに好ましい。
【００２４】
一方、第２相は、Ｔｉを含む金属酸化物相であり、光触媒機能を発現させる上で重要な役割を演じるものである。金属酸化物を構成する金属としては、Ｔｉが挙げられる。この金属酸化物は、単体でもよいし、その共融点化合物やある特定元素により置換型の固溶体を形成したもの等でもよい。第２相は、シリカ基複合酸化物繊維の表層相を形成しており、シリカ基複合酸化物繊維の第２相の存在割合は、金属酸化物の種類により異なるが、２〜６０重量％が好ましく、その機能を十分に発現させ、また高強度をも同時に発現させるには５〜５０重量％の範囲内に制御することがさらに好ましい。第２相のＴｉを含む金属酸化物の結晶粒径は１５ｎｍ以下が好ましく、特に１０ｎｍ以下が好ましい。
【００２５】
第２相に含まれる金属酸化物のＴｉの存在割合は、シリカ基複合酸化物繊維の表面に向かって傾斜的に増大しており、その組成の傾斜が明らかに認められる領域の厚さは表層から５〜５００ｎｍの範囲に制御することが好ましいが、繊維直径の約１／３に及んでもよい。尚、第１相及び第２相の「存在割合」とは、第１相を構成する金属酸化物と第２相を構成する金属酸化物全体、即ちシリカ基複合酸化物繊維全体に対する第１相の金属酸化物及び第２相の金属酸化物の重量％を示している。
【００２６】
上記光触媒繊維の表面は、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、インジウム（Ｉｎ）及びスズ（Ｓｎ）のうち少なくとも１以上の金属が担持されているのが好ましい。
【００２７】
上記のような傾斜構造を有する光触媒繊維は、既知の方法によって製造することができ、例えばＷＯ２００９／６３７３７号公報に記載の方法に基づいて製造することができる。
【００２８】
第１蓚酸分解槽３と第２蓚酸分解槽７とは、連通路１２によって連通している。連通路１２には、バルブ１４が設けられており、バルブの閉口状態とすることにより、第１蓚酸分解槽３と第２蓚酸槽７をそれぞれ独立させた系とすることができる。本実施形態に係る排水処理装置１において、バルブ１４は、ゲートバルブ、グローブバルブ、ボールバルブ、バタフライバルブ、ニードルバルブ、ストップバルブ、及びチェックバルブなどを用いることができ、ボールバルブを用いることが好ましい。また、バルブ１４は、任意の時間で開閉できる機能を有することが好ましく、このようなバルブとして、電磁バルブや電動バルブが好ましい。開閉のタイミングは、第１蓚酸分解槽３内の紫外線吸収率で制御することが好ましく、特に波長２５４ｎｍの吸収率が１０％以下になった時にバルブの開閉を行うことが好ましい。
【００２９】
第１蓚酸分解槽３の上端近傍の上流側と第２蓚酸分解槽７の上端近傍の下流側とは、槽間循環路５２により連通しており、槽間循環路５２のそれぞれの先端部は、それぞれの槽の排水中に延在している。槽間循環路５２には、排水を第２蓚酸分解槽２から第１蓚酸分解槽３へと循環可能なポンプ５４が配置されている。
【００３０】
濾過装置４０は、排水中の懸濁物質を除去可能なものであれば特に制限は無いが、例えばマイクロフィルターが用いられる。第２蓚酸分解槽７と濾過装置４０とは、流通路４２によって連通している。流通路４２には、バルブ４４が設けられており、バルブ４４を閉口状態とすることにより、第２蓚酸分解槽７と濾過装置４０とをそれぞれ独立させた系とすることができる。バルブ４４としては、前述のバルブ１４と同じものが挙げられる。
【００３１】
イオン交換装置４６は、アルミニウムイオンを除去することが可能な粒状のイオン交換樹脂が充填されている。濾過装置４０とイオン交換装置４６とは流通路４８によって連通している。イオン交換装置４６の下流側には、排出口５０が形成され、処理された排水を排出できるように構成されている。
【００３２】
次に、図３に示す工程図を用いて本実施形態に係る排水処理方法を詳細に説明する。本実施形態に係る排水処理方法は、蓚酸及びアルミニウムを含有した排水に紫外線を照射する第１蓚酸分解工程と、第１蓚酸分解工程により処理された排水を酸化チタンを表面に有する光触媒に接触させ、前記光触媒に紫外線を照射する第２蓚酸分解工程と、第２蓚酸分解処理工程により処理された排水中に含まれる固形物を除去する濾過処理工程と、濾過処理工程により処理された排水中に含まれるアルミニウムイオンを除去するイオン交換処理工程とを備える。
【００３３】
（第１蓚酸分解工程）
まず、バルブ１４を閉口状態とし、次いで、図示しないポンプを稼働することによって、蓚酸及びアルミニウムを含んだ排水を排水流入口１６から第１蓚酸分解槽３内に流入させる。この際、バルブ１４が閉口状態であるので、第１蓚酸分解槽３内に流入した排水は、第２蓚酸分解槽７に流入することはない。この流入と同時に紫外線ランプ１８及び空気注入部２２を稼働することによって、排水に紫外線を照射するとともに空気を供給し、これにより排水中の蓚酸が酸化分解される。空気は、紫外線ランプ１８を稼働する前から供給してもよい。このとき、ポンプ５を稼動させることにより、流動槽２０内の排水が循環路１０、１１を介して流動槽２０内を循環することで蓚酸の分解が効率良く行われる。蓚酸が分解するにしたがって排水の紫外線吸収率は徐々に低下する。このとき、排水中に含まれる有機物の種類によっては分解過程において紫外線を吸収する中間体が生成する場合があり、一時的に紫外線吸収率が高くなる場合もあるが、分解が進むにしたがって紫外線吸収率は低下する。所定の紫外線吸収率になった後、バルブ１４を開口状態とし、第１蓚酸分解槽３と第２蓚酸分解槽７とを連通状態とするとともに、図示しないポンプを稼働して、第１蓚酸分解槽３内の排水を第２蓚酸分解槽７に供給する。本実施形態に係る排水処理装置においては、このように紫外線吸収率が光触媒の機能発現上において問題無い程度まで低減された状態で、排水が第２蓚酸分解槽７に供給される。排水が第２蓚酸槽７に供給された後、バルブ１４を閉口状態とする。その後、第１蓚酸分解槽３内に新たな排水を流入して、前述した第１蓚酸分解工程を再度同様に行い、これと同時に、後述の第２蓚酸分解工程を行う。
【００３４】
（第２蓚酸分解工程）
次に、第１蓚酸工程によって処理された排水が第２蓚酸分解槽７に流入すると同時に、紫外線ランプ１９及び空気注入部２３を稼働することによって、排水及び光触媒カートリッジ３０に紫外線を照射するとともに、排水中に空気を供給する。また、図示しないポンプ等によって流動槽２８の排水流出口２６側の底面から連通路１２側の底面へのびる循環路３２によって排水を循環させ、排水と光触媒カートリッジ３０との接触効率を高める。このとき、バルブ４４が閉口状態であるので、第２蓚酸分解槽７内に流入した排水は、濾過処理装置４０に流入することはない。これらにより、排水中の蓚酸が酸化分解される。空気は、紫外線ランプ１９を稼働する前から供給してもよい。紫外線ランプ１９は、波長１８０〜１９０ｎｍと２５０〜２６０ｎｍにピーク波長を有する短波長紫外線ランプを用いている。一般的に、このような短波長紫外線ランプによる蓚酸の分解機構としては、１８０〜１９０ｎｍの紫外線によって水中に溶存する酸素が酸化されＯＨラジカルが発生し、この発生したＯＨラジカルによって水中の蓚酸が分解される。すなわち、蓚酸の分解は水中のＯＨラジカルの発生量に支配されることから、常に空気を供給することで水中の溶存酸素量を高い状態で維持することができ、分解効果を高く維持することができる。
【００３５】
通常、酸化チタン光触媒を利用した排水処理装置においては、紫外線ランプは、波長３５１ｎｍのブラックライト蛍光ランプ又は波長２５４ｎｍの殺菌ランプが用いられる。酸化チタン光触媒は、３８７ｎｍ以下の波長であれば励起することができ、又これらのランプは製品として入手しやすいためである。本実施形態に係る排水処理装置１においては、従来用いられなかった紫外線を利用し、さらに高い分解効率を得ることができる。すなわち、本実施形態に係る排水処理装置１においては、光触媒繊維からなる平板状不織布３４と、１８０〜１９０ｎｍと２５０〜２６０ｎｍとにピーク波長を有する紫外線を照射する紫外線ランプ１９とを有する。このため、２５０〜２６０ｎｍの紫外線を平板状不織布３４に照射することにより光触媒を励起し、１８０〜１９０ｎｍの紫外線によりＯＨラジカルを発生させ排水中の蓚酸を直接分解することができ、分解効果を高く維持することができる。この際、第１蓚酸分解工程により、排水中の紫外線吸収率が光触媒機能発現上問題無い程度まで低減されているので、第２蓚酸分解槽７において、効率的に分解を行うことができる。
【００３６】
平板状不織布上の平均紫外線強度は、１〜１０ｍＷ／ｃｍ２であることが好ましく、さらに２〜８ｍＷ／ｃｍ２の範囲であることが好ましい。平板状不織布表面での紫外線強度が１〜１０ｍＷ／ｃｍ２であると、２つの紫外線成分による水処理を高効率に行うことができる。このような範囲にするには、紫外線ランプと平板状不織布との距離等を適当な範囲になるようにすればよい。ここで、平均紫外線強度は、不織布表面の中央部から端部までの複数個所の紫外線強度を測定し、それらの値を平均して平均紫外線強度とすることができる。
【００３７】
第２蓚酸分解槽７で処理された排水は、必要に応じて、ポンプ５４を稼働させて、槽間循環路５２を介して第１蓚酸分解槽に送られる。これにより、さらに蓚酸等の分解率を高めることができる。
【００３８】
（濾過処理工程）
蓚酸が十分に分解されたら、バルブ４４を開き、流通路２６から排水を図示しないポンプによって濾過処理装置４０へと供給する。これによって、排水中の固形物を除去する。イオン交換処理前に濾過処理を行うとイオン交換樹脂への負担を小さくできるので好ましい。
【００３９】
（イオン交換処理工程）
固形物が濾過された排水は、供給路４８を介してイオン交換装置４６に供給される。ここで、イオン交換樹脂によりアルミニウムイオンが除去される。処理された排水は、排出口５０から取り出され、排水処理が完了する。
【００４０】
本発明に係る排水処理方法及び排水処理装置によれば、排水の浄化が十分に行えるので、従来のように系外に処理した排水を廃棄することなく、排水の再利用が可能となる。特に、排水として蓚酸アルマイト処理された物の洗浄に用いられた洗浄排水を用いた場合、洗浄水として再利用できる程度にまで浄化できるので、系外に排水を廃棄しないいわゆるクローズドシステムを提供することが可能になる。
【実施例】
【００４１】
以下に本願発明についての実施例を挙げて更に具体的に本願発明を説明するが、それらの実施例によって本願発明が何ら限定されるものではない。
【００４２】
（製造例１）
先ず、実施例に用いられる平板状不織布として酸化チタン／シリカ繊維を製造した。すなわち、５リットルの三口フラスコに無水トルエン２．５リットルと金属ナトリウム４００ｇとを入れ窒素ガス気流下でトルエンの沸点まで加熱し、ジメチルジクロロシラン１リットルを１時間かけて滴下した。滴下終了後、１０時間加熱還流し沈殿物を生成させた。この沈殿をろ過し、まずメタノールで洗浄した後、水で洗浄して、白色粉末のポリジメチルシラン４２０ｇを得た。ポリジメチルシラン２５０ｇを水冷還流器を備えた三口フラスコ中に仕込み、窒素気流下、４２０℃で３０時間加熱反応させて数平均分子量が１２００のポリカルボシランを得た。
【００４３】
ポリカルボシラン１６ｇにトルエン１００ｇとテトラブトキシチタン６４ｇを加え、１００℃で１時間予備加熱させた後、１５０℃までゆっくり昇温してトルエンを留去させてそのまま５時間反応させ、更に２５０℃まで昇温して５時間反応させ、変性ポリカルボシランを合成した。この変性ポリカルボシランに意図的に低分子量の有機金属化合物を共存させる目的で５ｇのテトラブトキシチタンを加えて、変性ポリカルボシランと低分子量有機金属化合物の混合物を得た。
【００４４】
この変性ポリカルボシランと低分子量有機金属化合物の混合物をトルエンに溶解させた後、ガラス製の紡糸装置に仕込み、内部を十分に窒素置換してから昇温してトルエンを留去させて、１８０℃で溶融紡糸を行った。紡糸繊維を空気中、段階的に１５０℃まで加熱し不融化させた後、１２００℃の空気中で１時間焼成を行い、酸化チタン／シリカ繊維不織布を得た。
【００４５】
得られた酸化チタン／シリカ繊維不織布をパラジウム濃度２．５ｐｐｍのパラジウムメッキ液（パラデックス：田中貴金属（株）製）内に浸漬し、波長が３５１ｎｍの紫外線を４ｍＷ／ｃｍ２の強度で４時間照射した。照射後、繊維を取り出し、水洗、さらに乾燥を行うことによって、製造例１に係るパラジウム担持酸化チタン／シリカ繊維不織布を得た。重量測定の結果から、パラジウム担持量は、０．０５重量％であった。
【００４６】
（実施例１）
製造例１で得られたパラジウム担持酸化チタン／シリカ繊維からなる不織布を用いて、図２に示される平板状不織布を含む光触媒カートリッジを作成し、図１に示される排水処理装置を作成した。用いた紫外線ランプは、ヘレウス株式会社製ＮＩＱ／１０７ＸＬ（出力：２００Ｗ）であり、カバー部材としては合成石英が使用されている。出力は２００Ｗであり、この紫外線ランプを第１蓚酸分解槽で５本×７列の３５本、第２蓚酸分解槽で５本×３列の１５本使用した。紫外線ランプから放射される波長は、２５４ｎｍと１８５ｎｍの両方である。第１蓚酸分解槽における紫外線ランプ間の距離は７０ｍｍとし、また第２蓚酸分解槽では紫外線ランプと光触媒カートリッジの距離は４５ｍｍとし、紫外線ランプ間の距離は１３５ｍｍとした。濾過装置としては、３Ｍ製リキッドカートリッジフィルター７４２Ｂを用いた。イオン交換装置に用いられたイオン交換樹脂は、日本電工製のＮＤミニクロパックＣＲ−１５０Ｇ，Ａ塔を用いた。
【００４７】
排水は、蓚酸及びアルミニウムイオンをイオン交換水で溶解し、アルミニウムイオンを３０ｐｐｍ含む２５０ｐｐｍの蓚酸水溶液とした。また、第１蓚酸分解槽では空気注入部から計３００Ｌ／ｍｉｎの空気エアレーションを発生させ、一方、第２反応槽では空気注入部から計２００Ｌ／ｍｉｎの空気エアレーションを発生させた。さらに第１反応槽では、図示しないマイクロバブル発生装置からマイクロバブルを５Ｌ／ｍｉｎで発生させた。
【００４８】
前記排水３００Ｌを前記排水処理装置を用いて１６７Ｌ／ｍｉｎで循環処理を行った。第１蓚酸分解槽で２７パス処理を行い、処理された排水をバルブを開放して第２蓚酸分解槽に送液し、次いで第２蓚酸分解槽で２７パス処理を行った。なお、前記排水処理装置では、３００Ｌの排水を１６７Ｌ／ｍｉｎで循環処理しており、１．８分で全溶液３００Ｌが処理される。この処理時間を便宜上、１パスと定義する。つまり、第１蓚酸分解槽で２７パス処理を行うと処理時間は５０分かかり、第２蓚酸分解槽で２７パス処理を行うと第２蓚酸分解槽のみで処理時間は５０分かかり、処理全体で１００分を要する。この処理液を濾過装置に供給した後、イオン交換樹脂に８Ｌ／ｍｉｎの流速で通水し実施例１に係る処理液を得た。実施例１に係る処理液は、蓚酸濃度０．２ｐｐｍ以下、アルミニウム濃度０．１ｐｐｍ以下、導電率３μＳ／ｃｍであった。実施例１に係る処理液は、蓚酸アルマイトの洗浄水として利用可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１ 排水処理装置
３ 第１蓚酸分解槽
７ 第２蓚酸分解槽
１８ 紫外線ランプ
１９ 紫外線ランプ
３０ 光触媒カートリッジ
４０ 濾過装置
４６ イオン交換装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓚酸及びアルミニウムを含有する排水を十分に浄化できる排水処理装置、及び排水処理方法に関する。更に詳細には、本発明は、蓚酸アルマイト処理された物の洗浄に用いられた洗浄排水（廃液）を洗浄水として再利用できる程度にまで浄化できる排水処理装置、及び排水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
蓚酸アルマイト処理された金属物品の洗浄に用いられた洗浄排水には、主として、蓚酸等の有機酸（有機物）とアルミニウムイオン等の金属類が含まれている。その洗浄排水の浄化処理は、凝集沈殿法を用いるのが一般的である。具体的には、洗浄排水中の金属類をアルカリにより中和して、沈殿させて除去した後、その上澄みを適当なｐＨに調整して河川に放流する。この場合、大量の洗浄排水を河川に放流しているので、環境への負荷が高い。そのため、洗浄排水の再利用が求められている。
【０００３】
凝集沈殿法の他にも種々の方法が検討されているが、問題点が多い。例えば、逆浸透膜（ＲＯ膜）法では、常時濃縮された廃棄すべき洗浄排水が発生する。イオン交換法では、イオン負荷が高い場合には、定期的にイオン交換樹脂の再生を行わなければならず、その再生処理により濃縮された廃棄すべき洗浄排水が定期的に発生する。そのため、逆浸透膜法においてもイオン交換法においても、凝集沈殿法と組合さなければならず、洗浄排水の処理が非常に大掛かりなシステムとなる。
【０００４】
近年、紫外線照射ランプからの紫外線を光触媒に照射して、光触媒と被処理流体を接触させ、光触媒反応により被処理流体中の有害物質等の分解を行う有害物質含有排水の浄化方法が提案されている。
【０００５】
例えば、特許文献１においては、シリカ成分を主体とする酸化物相（第１相）とシリカ以外の金属酸化物相（第２相）との複合酸化物相からなり、光触媒機能を有するシリカ基複合酸化物繊維の不織布を用いたことを特徴とする処理流体と光触媒との接触効率に優れた浄化装置が提案されている。
【０００６】
特許文献２においては、過酸化物が含有される排水の処理装置であって、排水に含まれる過酸化物を分解するための光触媒と紫外線光源とを有する光触媒槽と、光触媒槽からの処理水に残存する過酸化物を分解する下向流式の活性炭塔とを含む排水の処理装置が提案されている。
【０００７】
特許文献３においては、紫外線を用いて被処理水中に含まれる有機物を酸化分解処理する紫外線酸化装置であって、紫外線を照射する紫外線照射手段と、紫外線を被処理水に照射して有機物の酸化分解を行うための少なくとも１つの反応部と、光触媒を担持せしめた光触媒フィルターと、被処理水を光触媒フィルターに透過させる流路と、を備えることを特徴とする紫外線酸化装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１７５３３３号公報
【特許文献２】特開２００６−２８９２８３号公報
【特許文献３】特開２００９−０１８２８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、これらの排水処理装置によっては、蓚酸及びアルミニウムを含有する排水の十分な浄化が困難であって、更なる改善が必要とされている。そこで本発明は、蓚酸及びアルミニウムを含有する排水を十分に浄化できる排水処理装置及び排水処理方法を提供することを目的とする。特に、蓚酸アルマイト処理された物の洗浄に用いられた洗浄排水を浄化して、洗浄水として再使用できる程度にまで排水を浄化できる排水処理装置及び排水処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以上の目的を達成するために、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、蓚酸及びアルミニウムを含有する排水に光触媒存在下で紫外線を照射して蓚酸を分解し、その排水をイオン交換処理してアルミニウムを除去することにより、排水を十分に浄化できることを見出した。すなわち、本発明は、蓚酸及びアルミニウムを含有する排水に光触媒存在下で紫外線を照射して蓚酸を分解する蓚酸分解工程と、蓚酸分解工程後の排水をイオン交換処理してアルミニウムを除去するイオン交換処理工程とを備えることを特徴とする排水処理方法である。
【００１１】
また、本発明は、蓚酸及びアルミニウムを含有する排水に紫外線を照射する紫外線照射手段と、光触媒とを有する蓚酸分解槽と、アルミニウムを除去可能なイオン交換樹脂を有するイオン交換手段とを備えたことを特徴とする排水処理装置である。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明によれば、蓚酸及びアルミニウムを含有する排水を十分に浄化できる排水処理装置及び排水処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態に係る排水処理装置の概念断面図である。
【図２】光触媒カートリッジの概念図である。
【図３】実施形態に係る工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明に係る排水処理装置の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。排水処理装置１は、蓚酸とアルミニウムを含有した排水に紫外線を照射可能な第１蓚酸分解槽３と、酸化チタンを表面に有する光触媒や排水に紫外線を照射させる第２蓚酸分解槽７と、排水中の固形物を除去する濾過装置４０と、排水中のアルミニウムをイオン交換により除去するイオン交換装置４６とを備えている。
【００１５】
第１蓚酸分解槽３は、直方体状に形成された流動槽２０と、流動槽２０の底面の上流側（図１の左側）と底面の下流側（図１の右側）を連通する循環路１０、１１とを備えており、この流通路１０と１１の間にポンプ５が設けられている。流動槽２０の上流側の側面には、排水流入口１６が形成され、下流側の側面には、第２蓚酸分解槽７と連通する連通路１２の上流側と接続する排水流出口１７が形成されており、図示しないポンプによって排水流入口１６から排水流出口１７に排水が流動するように構成されている。また、ポンプ５によって流動槽２０内の排水が循環路１０、１１を介して流動槽２０内を循環するように、すなわち排水が流動槽２０→循環路１１→循環路１０→流動槽２０と循環するように構成されている。さらに、流動槽２０内には、流動槽２０内の排水に紫外線を照射させる紫外線ランプ１８と、その排水に酸素を注入する空気注入部２２が配置されている。
【００１６】
紫外線ランプ１８は、上下方向に５本、流動方向に７列、合計３５本が、その長手方向が流動方向に対して垂直で、かつ流動槽２０の底面と平行となるように配置されている。紫外線ランプ１８の外表面には、円柱状に形成されたカバー部材が設けられ、カバー部材は、２５０〜２６０ｎｍだけでなく、１８０〜１９０ｎｍのピーク波長を透過する材質からなる。このカバー部材の材質としては、例えば、合成石英が挙げられる。一般的な低圧水銀ランプは、本来、１８５ｎｍと２５４ｎｍの２つの波長を有するが、通常のカバー部材の素材であるガラスが短波長の紫外線を透過しないため、２５４ｎｍの波長のみを照射する。本実施形態に係る排水処理装置において、紫外線ランプ１８は、上述のようにカバー部材の素材を特殊なものとすることによって、１８０〜１９０ｎｍと２５０〜２６０ｎｍにピーク波長を有する紫外線を照射可能にしている。紫外線照射ランプ１８から照射される紫外線は、１８０〜１９０ｎｍ、好ましくは１８５ｎｍにピーク波長を有し、かつ、２５０〜２６０ｎｍ、好ましくは２５４ｎｍにピーク波長を有する。なお、本実施形態において、紫外線照射ランプ１８のカバー部材は、円柱状に形成したが、それに限定されない。紫外線照射ランプ１８の数は、排水に含まれる蓚酸の量等に応じて決定される。
【００１７】
空気注入部２２は、流動槽２０の底面に最も近い紫外線ランプ１８の紫外線ランプ間に配置され、紫外線ランプ１８の長手方向のほぼ全域に亘って空気を注入できるように構成されている。空気注入部２２は、第１蓚酸分解槽３の下部からエアレーション方式でバブリング可能な装置である。空気供給量は、排水２００Ｌ／ｍｉｎに対して、２００〜５００Ｌ／ｍｉｎであることが好ましく、３５０Ｌ／ｍｉｎであることがさらに好ましい。バブリングした水中の溶存酸素量は、飽和率で５０〜１００％であることが好ましい。また、この空気注入部２２とともに、又はそれに代えてマイクロバブル発生装置を用いて空気を供給してもよい。一般にマイクロバブルの発生方法として、加圧溶解式、エジェクタ式、キャビテーション式、及び旋回式があるが、マイクロバブルの発生方法としては、加圧溶解式、及びエジェクタ式が好ましい。マイクロバブルの特性は生成した気泡の直径と生成量に左右されるため、比較的大量かつ微細な気泡を生成できる加圧溶解式の発生方法が特に好ましい。発生したマイクロバブルの直径は３０μｍ以下であることが好ましい。マイクロバブル発生装置でマイクロバブルを発生した水中の溶存酸素量は飽和率で８０〜１５０％であることが好ましい。マイクロバブルの自己加圧効果によって溶存酸素の飽和量以上の酸素を溶存させることができる。
【００１８】
第２蓚酸分解槽７は、直方体状に形成された流動槽２８と、流動槽２８の底面の上流側と下流側の底面を連通する循環路３２と、を備えている。流動槽２８の上流側の側面には、連通路１２の下流側と接続する排水流入口２５が形成され、流動槽２８の下流側の側面には、排水流出口２６が形成されており、図示しないポンプによって排水流入口２５から排出流出口２６に排水が流動するように構成されている。流動槽２８内には、光触媒及び流動槽２８内の排水に紫外線を照射させる紫外線ランプ１９と、その排水に酸素を注入する空気注入部２３と、酸化チタンを表面に有する光触媒を有する平板状の光触媒カートリッジ３０とが配置されている。
【００１９】
紫外線ランプ１９は、光触媒カートリッジ３０に光を照射するように、上下方向に５本、流動方向に３列、合計１５本が、その長手方向が流動方向に対して垂直で、かつ流動槽２８の底面と平行となるように配置されている。紫外線ランプ１９は、第１蓚酸分解槽３で用いられた紫外線ランプ１８と同じものを用いることができる。空気注入部２３は、流動槽２８の底面に最も近い紫外線ランプ１９の紫外線ランプ間に配置され、紫外線ランプ１９の長手方向のほぼ全域に亘って空気を注入できるように構成されている。空気注入部２３は、第１蓚酸分解槽３で用いられた空気注入部２２と同じものを用いることができる。平板状の光触媒カートリッジ３０は、その面が排水の流動方向に対して垂直に交わるとともに、その間に紫外線ランプ１９を挟むように一対配置されており、流動槽２８の流動方向に対して垂直な面全域に至るように構成されている。本実施態様に係る排水処理装置１においては一対のみ配置したが、処理能力等に応じて複数配置してもよい。また、本実施態様に係る排水処理装置において、光触媒カートリッジ３０は、このように排水の流動方向に対して垂直に交わるように配置したが、流動する排水が効率よく各平板状不織布３４を通過すればよく、例えば、斜めに配置してもよい。光触媒カートリッジ３０を斜めに配置する場合、流動方向に対して１０°前後、傾いて設置されることが好ましく、５°前後であることがさらに好ましい。
【００２０】
光触媒カートリッジ３０は、光触媒繊維を用いて平板状に形成された平板状不織布３４と一対の金網３６とからなり、図２に示されるように平板状不織布３４が一対のステンレス製の金網３６によって挟持されている。このように金網３６をサポート材として用いてカートリッジ状にすることにより、光触媒機能が劣化した平板状不織布３４を容易に取り換えることができる。
【００２１】
次に、光触媒繊維からなる平板状不織布３４の好ましい例について説明する。光触媒繊維は、シリカ成分を主体とする酸化物相（以下、第１相という。）とＴｉを含む金属酸化物相（以下、第２相という。）との複合酸化物であるシリカ基複合酸化物繊維からなることが好ましい。
【００２２】
第１相は、シリカ成分を主体とする酸化物相であり、非晶質であっても結晶質であってもよく、またシリカと固溶体あるいは共融点化合物を形成し得る金属元素あるいは金属酸化物を含有してもよい。シリカと固溶体を形成し得る金属元素（Ａ）としては、例えば、チタン等が挙げられる。シリカと固溶体を形成し得る金属酸化物の金属元素（Ｂ）としては、例えば、アルミニウム、ジルコニウム、イットリウム、リチウム、ナトリウム、バリウム、カルシウム、ホウ素、亜鉛、ニッケル、マンガン、マグネシウム、及び鉄等が挙げられる。
【００２３】
第１相は、シリカ基複合酸化物繊維の内部相を形成しており、力学的特性を負担する重要な役割を演じている。シリカ基複合酸化物繊維全体に対する第１相の存在割合は４０〜９８重量％であることが好ましく、目的とする第２相の機能を十分に発現させ、なお且つ高い力学的特性をも発現させるためには、第１相の存在割合を５０〜９５重量％の範囲内に制御することがさらに好ましい。
【００２４】
一方、第２相は、Ｔｉを含む金属酸化物相であり、光触媒機能を発現させる上で重要な役割を演じるものである。金属酸化物を構成する金属としては、Ｔｉが挙げられる。この金属酸化物は、単体でもよいし、その共融点化合物やある特定元素により置換型の固溶体を形成したもの等でもよい。第２相は、シリカ基複合酸化物繊維の表層相を形成しており、シリカ基複合酸化物繊維の第２相の存在割合は、金属酸化物の種類により異なるが、２〜６０重量％が好ましく、その機能を十分に発現させ、また高強度をも同時に発現させるには５〜５０重量％の範囲内に制御することがさらに好ましい。第２相のＴｉを含む金属酸化物の結晶粒径は１５ｎｍ以下が好ましく、特に１０ｎｍ以下が好ましい。
【００２５】
第２相に含まれる金属酸化物のＴｉの存在割合は、シリカ基複合酸化物繊維の表面に向かって傾斜的に増大しており、その組成の傾斜が明らかに認められる領域の厚さは表層から５〜５００ｎｍの範囲に制御することが好ましいが、繊維直径の約１／３に及んでもよい。尚、第１相及び第２相の「存在割合」とは、第１相を構成する金属酸化物と第２相を構成する金属酸化物全体、即ちシリカ基複合酸化物繊維全体に対する第１相の金属酸化物及び第２相の金属酸化物の重量％を示している。
【００２６】
上記光触媒繊維の表面は、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、インジウム（Ｉｎ）及びスズ（Ｓｎ）のうち少なくとも１以上の金属が担持されているのが好ましい。
【００２７】
上記のような傾斜構造を有する光触媒繊維は、既知の方法によって製造することができ、例えばＷＯ２００９／６３７３７号公報に記載の方法に基づいて製造することができる。
【００２８】
第１蓚酸分解槽３と第２蓚酸分解槽７とは、連通路１２によって連通している。連通路１２には、バルブ１４が設けられており、バルブの閉口状態とすることにより、第１蓚酸分解槽３と第２蓚酸槽７をそれぞれ独立させた系とすることができる。本実施形態に係る排水処理装置１において、バルブ１４は、ゲートバルブ、グローブバルブ、ボールバルブ、バタフライバルブ、ニードルバルブ、ストップバルブ、及びチェックバルブなどを用いることができ、ボールバルブを用いることが好ましい。また、バルブ１４は、任意の時間で開閉できる機能を有することが好ましく、このようなバルブとして、電磁バルブや電動バルブが好ましい。開閉のタイミングは、第１蓚酸分解槽３内の紫外線吸収率で制御することが好ましく、特に波長２５４ｎｍの吸収率が１０％以下になった時にバルブの開閉を行うことが好ましい。
【００２９】
第１蓚酸分解槽３の上端近傍の上流側と第２蓚酸分解槽７の上端近傍の下流側とは、槽間循環路５２により連通しており、槽間循環路５２のそれぞれの先端部は、それぞれの槽の排水中に延在している。槽間循環路５２には、排水を第２蓚酸分解槽２から第１蓚酸分解槽３へと循環可能なポンプ５４が配置されている。
【００３０】
濾過装置４０は、排水中の懸濁物質を除去可能なものであれば特に制限は無いが、例えばマイクロフィルターが用いられる。第２蓚酸分解槽７と濾過装置４０とは、流通路４２によって連通している。流通路４２には、バルブ４４が設けられており、バルブ４４を閉口状態とすることにより、第２蓚酸分解槽７と濾過装置４０とをそれぞれ独立させた系とすることができる。バルブ４４としては、前述のバルブ１４と同じものが挙げられる。
【００３１】
イオン交換装置４６は、アルミニウムイオンを除去することが可能な粒状のイオン交換樹脂が充填されている。濾過装置４０とイオン交換装置４６とは流通路４８によって連通している。イオン交換装置４６の下流側には、排出口５０が形成され、処理された排水を排出できるように構成されている。
【００３２】
次に、図３に示す工程図を用いて本実施形態に係る排水処理方法を詳細に説明する。本実施形態に係る排水処理方法は、蓚酸及びアルミニウムを含有した排水に紫外線を照射する第１蓚酸分解工程と、第１蓚酸分解工程により処理された排水を酸化チタンを表面に有する光触媒に接触させ、前記光触媒に紫外線を照射する第２蓚酸分解工程と、第２蓚酸分解処理工程により処理された排水中に含まれる固形物を除去する濾過処理工程と、濾過処理工程により処理された排水中に含まれるアルミニウムイオンを除去するイオン交換処理工程とを備える。
【００３３】
（第１蓚酸分解工程）
まず、バルブ１４を閉口状態とし、次いで、図示しないポンプを稼働することによって、蓚酸及びアルミニウムを含んだ排水を排水流入口１６から第１蓚酸分解槽３内に流入させる。この際、バルブ１４が閉口状態であるので、第１蓚酸分解槽３内に流入した排水は、第２蓚酸分解槽７に流入することはない。この流入と同時に紫外線ランプ１８及び空気注入部２２を稼働することによって、排水に紫外線を照射するとともに空気を供給し、これにより排水中の蓚酸が酸化分解される。空気は、紫外線ランプ１８を稼働する前から供給してもよい。このとき、ポンプ５を稼動させることにより、流動槽２０内の排水が循環路１０、１１を介して流動槽２０内を循環することで蓚酸の分解が効率良く行われる。蓚酸が分解するにしたがって排水の紫外線吸収率は徐々に低下する。このとき、排水中に含まれる有機物の種類によっては分解過程において紫外線を吸収する中間体が生成する場合があり、一時的に紫外線吸収率が高くなる場合もあるが、分解が進むにしたがって紫外線吸収率は低下する。所定の紫外線吸収率になった後、バルブ１４を開口状態とし、第１蓚酸分解槽３と第２蓚酸分解槽７とを連通状態とするとともに、図示しないポンプを稼働して、第１蓚酸分解槽３内の排水を第２蓚酸分解槽７に供給する。本実施形態に係る排水処理装置においては、このように紫外線吸収率が光触媒の機能発現上において問題無い程度まで低減された状態で、排水が第２蓚酸分解槽７に供給される。排水が第２蓚酸槽７に供給された後、バルブ１４を閉口状態とする。その後、第１蓚酸分解槽３内に新たな排水を流入して、前述した第１蓚酸分解工程を再度同様に行い、これと同時に、後述の第２蓚酸分解工程を行う。
【００３４】
（第２蓚酸分解工程）
次に、第１蓚酸工程によって処理された排水が第２蓚酸分解槽７に流入すると同時に、紫外線ランプ１９及び空気注入部２３を稼働することによって、排水及び光触媒カートリッジ３０に紫外線を照射するとともに、排水中に空気を供給する。また、図示しないポンプ等によって流動槽２８の排水流出口２６側の底面から連通路１２側の底面へのびる循環路３２によって排水を循環させ、排水と光触媒カートリッジ３０との接触効率を高める。このとき、バルブ４４が閉口状態であるので、第２蓚酸分解槽７内に流入した排水は、濾過処理装置４０に流入することはない。これらにより、排水中の蓚酸が酸化分解される。空気は、紫外線ランプ１９を稼働する前から供給してもよい。紫外線ランプ１９は、波長１８０〜１９０ｎｍと２５０〜２６０ｎｍにピーク波長を有する短波長紫外線ランプを用いている。一般的に、このような短波長紫外線ランプによる蓚酸の分解機構としては、１８０〜１９０ｎｍの紫外線によって水中に溶存する酸素が酸化されＯＨラジカルが発生し、この発生したＯＨラジカルによって水中の蓚酸が分解される。すなわち、蓚酸の分解は水中のＯＨラジカルの発生量に支配されることから、常に空気を供給することで水中の溶存酸素量を高い状態で維持することができ、分解効果を高く維持することができる。
【００３５】
通常、酸化チタン光触媒を利用した排水処理装置においては、紫外線ランプは、波長３５１ｎｍのブラックライト蛍光ランプ又は波長２５４ｎｍの殺菌ランプが用いられる。酸化チタン光触媒は、３８７ｎｍ以下の波長であれば励起することができ、又これらのランプは製品として入手しやすいためである。本実施形態に係る排水処理装置１においては、従来用いられなかった紫外線を利用し、さらに高い分解効率を得ることができる。すなわち、本実施形態に係る排水処理装置１においては、光触媒繊維からなる平板状不織布３４と、１８０〜１９０ｎｍと２５０〜２６０ｎｍとにピーク波長を有する紫外線を照射する紫外線ランプ１９とを有する。このため、２５０〜２６０ｎｍの紫外線を平板状不織布３４に照射することにより光触媒を励起し、１８０〜１９０ｎｍの紫外線によりＯＨラジカルを発生させ排水中の蓚酸を直接分解することができ、分解効果を高く維持することができる。この際、第１蓚酸分解工程により、排水中の紫外線吸収率が光触媒機能発現上問題無い程度まで低減されているので、第２蓚酸分解槽７において、効率的に分解を行うことができる。
【００３６】
平板状不織布上の平均紫外線強度は、１〜１０ｍＷ／ｃｍ２であることが好ましく、さらに２〜８ｍＷ／ｃｍ２の範囲であることが好ましい。平板状不織布表面での紫外線強度が１〜１０ｍＷ／ｃｍ２であると、２つの紫外線成分による水処理を高効率に行うことができる。このような範囲にするには、紫外線ランプと平板状不織布との距離等を適当な範囲になるようにすればよい。ここで、平均紫外線強度は、不織布表面の中央部から端部までの複数個所の紫外線強度を測定し、それらの値を平均して平均紫外線強度とすることができる。
【００３７】
第２蓚酸分解槽７で処理された排水は、必要に応じて、ポンプ５４を稼働させて、槽間循環路５２を介して第１蓚酸分解槽に送られる。これにより、さらに蓚酸等の分解率を高めることができる。
【００３８】
（濾過処理工程）
蓚酸が十分に分解されたら、バルブ４４を開き、流通路２６から排水を図示しないポンプによって濾過処理装置４０へと供給する。これによって、排水中の固形物を除去する。イオン交換処理前に濾過処理を行うとイオン交換樹脂への負担を小さくできるので好ましい。
【００３９】
（イオン交換処理工程）
固形物が濾過された排水は、供給路４８を介してイオン交換装置４６に供給される。ここで、イオン交換樹脂によりアルミニウムイオンが除去される。処理された排水は、排出口５０から取り出され、排水処理が完了する。
【００４０】
本発明に係る排水処理方法及び排水処理装置によれば、排水の浄化が十分に行えるので、従来のように系外に処理した排水を廃棄することなく、排水の再利用が可能となる。特に、排水として蓚酸アルマイト処理された物の洗浄に用いられた洗浄排水を用いた場合、洗浄水として再利用できる程度にまで浄化できるので、系外に排水を廃棄しないいわゆるクローズドシステムを提供することが可能になる。
【実施例】
【００４１】
以下に本願発明についての実施例を挙げて更に具体的に本願発明を説明するが、それらの実施例によって本願発明が何ら限定されるものではない。
【００４２】
（製造例１）
先ず、実施例に用いられる平板状不織布として酸化チタン／シリカ繊維を製造した。すなわち、５リットルの三口フラスコに無水トルエン２．５リットルと金属ナトリウム４００ｇとを入れ窒素ガス気流下でトルエンの沸点まで加熱し、ジメチルジクロロシラン１リットルを１時間かけて滴下した。滴下終了後、１０時間加熱還流し沈殿物を生成させた。この沈殿をろ過し、まずメタノールで洗浄した後、水で洗浄して、白色粉末のポリジメチルシラン４２０ｇを得た。ポリジメチルシラン２５０ｇを水冷還流器を備えた三口フラスコ中に仕込み、窒素気流下、４２０℃で３０時間加熱反応させて数平均分子量が１２００のポリカルボシランを得た。
【００４３】
ポリカルボシラン１６ｇにトルエン１００ｇとテトラブトキシチタン６４ｇを加え、１００℃で１時間予備加熱させた後、１５０℃までゆっくり昇温してトルエンを留去させてそのまま５時間反応させ、更に２５０℃まで昇温して５時間反応させ、変性ポリカルボシランを合成した。この変性ポリカルボシランに意図的に低分子量の有機金属化合物を共存させる目的で５ｇのテトラブトキシチタンを加えて、変性ポリカルボシランと低分子量有機金属化合物の混合物を得た。
【００４４】
この変性ポリカルボシランと低分子量有機金属化合物の混合物をトルエンに溶解させた後、ガラス製の紡糸装置に仕込み、内部を十分に窒素置換してから昇温してトルエンを留去させて、１８０℃で溶融紡糸を行った。紡糸繊維を空気中、段階的に１５０℃まで加熱し不融化させた後、１２００℃の空気中で１時間焼成を行い、酸化チタン／シリカ繊維不織布を得た。
【００４５】
得られた酸化チタン／シリカ繊維不織布をパラジウム濃度２．５ｐｐｍのパラジウムメッキ液（パラデックス：田中貴金属（株）製）内に浸漬し、波長が３５１ｎｍの紫外線を４ｍＷ／ｃｍ２の強度で４時間照射した。照射後、繊維を取り出し、水洗、さらに乾燥を行うことによって、製造例１に係るパラジウム担持酸化チタン／シリカ繊維不織布を得た。重量測定の結果から、パラジウム担持量は、０．０５重量％であった。
【００４６】
（実施例１）
製造例１で得られたパラジウム担持酸化チタン／シリカ繊維からなる不織布を用いて、図２に示される平板状不織布を含む光触媒カートリッジを作成し、図１に示される排水処理装置を作成した。用いた紫外線ランプは、ヘレウス株式会社製ＮＩＱ／１０７ＸＬ（出力：２００Ｗ）であり、カバー部材としては合成石英が使用されている。出力は２００Ｗであり、この紫外線ランプを第１蓚酸分解槽で５本×７列の３５本、第２蓚酸分解槽で５本×３列の１５本使用した。紫外線ランプから放射される波長は、２５４ｎｍと１８５ｎｍの両方である。第１蓚酸分解槽における紫外線ランプ間の距離は７０ｍｍとし、また第２蓚酸分解槽では紫外線ランプと光触媒カートリッジの距離は４５ｍｍとし、紫外線ランプ間の距離は１３５ｍｍとした。濾過装置としては、３Ｍ製リキッドカートリッジフィルター７４２Ｂを用いた。イオン交換装置に用いられたイオン交換樹脂は、日本電工製のＮＤミニクロパックＣＲ−１５０Ｇ，Ａ塔を用いた。
【００４７】
排水は、蓚酸及びアルミニウムイオンをイオン交換水で溶解し、アルミニウムイオンを３０ｐｐｍ含む２５０ｐｐｍの蓚酸水溶液とした。また、第１蓚酸分解槽では空気注入部から計３００Ｌ／ｍｉｎの空気エアレーションを発生させ、一方、第２反応槽では空気注入部から計２００Ｌ／ｍｉｎの空気エアレーションを発生させた。さらに第１反応槽では、図示しないマイクロバブル発生装置からマイクロバブルを５Ｌ／ｍｉｎで発生させた。
【００４８】
前記排水３００Ｌを前記排水処理装置を用いて１６７Ｌ／ｍｉｎで循環処理を行った。第１蓚酸分解槽で２７パス処理を行い、処理された排水をバルブを開放して第２蓚酸分解槽に送液し、次いで第２蓚酸分解槽で２７パス処理を行った。なお、前記排水処理装置では、３００Ｌの排水を１６７Ｌ／ｍｉｎで循環処理しており、１．８分で全溶液３００Ｌが処理される。この処理時間を便宜上、１パスと定義する。つまり、第１蓚酸分解槽で２７パス処理を行うと処理時間は５０分かかり、第２蓚酸分解槽で２７パス処理を行うと第２蓚酸分解槽のみで処理時間は５０分かかり、処理全体で１００分を要する。この処理液を濾過装置に供給した後、イオン交換樹脂に８Ｌ／ｍｉｎの流速で通水し実施例１に係る処理液を得た。実施例１に係る処理液は、蓚酸濃度０．２ｐｐｍ以下、アルミニウム濃度０．１ｐｐｍ以下、導電率３μＳ／ｃｍであった。実施例１に係る処理液は、蓚酸アルマイトの洗浄水として利用可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１ 排水処理装置
３ 第１蓚酸分解槽
７ 第２蓚酸分解槽
１８ 紫外線ランプ
１９ 紫外線ランプ
３０ 光触媒カートリッジ
４０ 濾過装置
４６ イオン交換装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓚酸及びアルミニウムを含有する排水に光触媒存在下で紫外線を照射して蓚酸を分解する蓚酸分解工程と、
蓚酸分解工程後の排水をイオン交換処理してアルミニウムを除去するイオン交換処理工程と
を備えることを特徴とする排水処理方法。
【請求項２】
前記蓚酸分解工程は、
蓚酸及びアルミニウムを含有する排水に紫外線を照射して前記蓚酸を分解する第１蓚酸分解工程と、
前記第１蓚酸分解工程で処理された排水に光触媒を接触させ、前記光触媒に紫外線を照射することにより、排水中に残存する前記蓚酸を分解する第２蓚酸分解工程と
を備えることを特徴とする請求項１記載の排水処理方法。
【請求項３】
前記第２蓚酸分解処理工程で処理された排水の一部を前記第１蓚酸分解処理工程に戻し、前記第１蓚酸分解工程と前記第２蓚酸分解工程とを同時に行うことを特徴とする請求項２記載の排水処理方法。
【請求項４】
前記光触媒は、酸化チタンを表面に有する光触媒繊維の不織布であることを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の排水処理方法。
【請求項５】
前記イオン交換処理工程の前に、前記蓚酸分解工程後の排水中に含まれる固形分を除去する濾過処理工程を備えることを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の排水処理方法。
【請求項６】
蓚酸及びアルミニウムを含有する排水は、蓚酸アルマイト処理されたものの洗浄排水であり、前記アルマイト処理されたものの洗浄は、前記イオン処理工程後の処理液を用いることを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の排水処理方法。
【請求項７】
蓚酸及びアルミニウムを含有する排水に紫外線を照射する紫外線照射手段と、光触媒とを有する蓚酸分解槽と、
アルミニウムを除去可能なイオン交換樹脂を有するイオン交換手段と
を備えたことを特徴とする排水処理装置。
【請求項８】
前記蓚酸分解槽は、
蓚酸及びアルミニウムを含有する排水に紫外線を照射する紫外線照射手段を有する第１蓚酸分解槽と、
光触媒と、少なくとも前記光触媒に紫外線を照射する紫外線照射手段とを有する第２蓚酸分解槽と、
前記第１蓚酸分解槽の前記排水を前記第２蓚酸分解槽に供給する供給手段と
を備えることを特徴とする請求項７記載の排水処理装置。
【請求項９】
前記第２蓚酸分解槽で処理された排水の一部を前記第１蓚酸分解槽に戻すことが可能な循環手段を備えたことを特徴とする請求項８記載の排水処理装置。
【請求項１０】
前記光触媒は、酸化チタンを表面に有する光触媒繊維の不織布であることを特徴とする請求項７乃至９いずれか記載の排水処理装置。
【請求項１１】
前記蓚酸分解槽で処理された排水中の固形分を濾過して除去する濾過手段をさらに備えたことを特徴とする請求項７乃至１０記載の排水処理装置。
【請求項１２】
蓚酸及びアルミニウムを含有する排水は、蓚酸アルマイト処理されたものの洗浄排水であり、前記アルマイト処理されたものの洗浄は、前記イオン交換手段により処理された処理液を用いることを特徴とする請求項７乃至１１いずれか記載の排水処理装置。
【請求項１】
蓚酸及びアルミニウムを含有する排水に光触媒存在下で紫外線を照射して蓚酸を分解する蓚酸分解工程と、
蓚酸分解工程後の排水をイオン交換処理してアルミニウムを除去するイオン交換処理工程と
を備えることを特徴とする排水処理方法。
【請求項２】
前記蓚酸分解工程は、
蓚酸及びアルミニウムを含有する排水に紫外線を照射して前記蓚酸を分解する第１蓚酸分解工程と、
前記第１蓚酸分解工程で処理された排水に光触媒を接触させ、前記光触媒に紫外線を照射することにより、排水中に残存する前記蓚酸を分解する第２蓚酸分解工程と
を備えることを特徴とする請求項１記載の排水処理方法。
【請求項３】
前記第２蓚酸分解処理工程で処理された排水の一部を前記第１蓚酸分解処理工程に戻し、前記第１蓚酸分解工程と前記第２蓚酸分解工程とを同時に行うことを特徴とする請求項２記載の排水処理方法。
【請求項４】
前記光触媒は、酸化チタンを表面に有する光触媒繊維の不織布であることを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の排水処理方法。
【請求項５】
前記イオン交換処理工程の前に、前記蓚酸分解工程後の排水中に含まれる固形分を除去する濾過処理工程を備えることを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の排水処理方法。
【請求項６】
蓚酸及びアルミニウムを含有する排水は、蓚酸アルマイト処理されたものの洗浄排水であり、前記アルマイト処理されたものの洗浄は、前記イオン処理工程後の処理液を用いることを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の排水処理方法。
【請求項７】
蓚酸及びアルミニウムを含有する排水に紫外線を照射する紫外線照射手段と、光触媒とを有する蓚酸分解槽と、
アルミニウムを除去可能なイオン交換樹脂を有するイオン交換手段と
を備えたことを特徴とする排水処理装置。
【請求項８】
前記蓚酸分解槽は、
蓚酸及びアルミニウムを含有する排水に紫外線を照射する紫外線照射手段を有する第１蓚酸分解槽と、
光触媒と、少なくとも前記光触媒に紫外線を照射する紫外線照射手段とを有する第２蓚酸分解槽と、
前記第１蓚酸分解槽の前記排水を前記第２蓚酸分解槽に供給する供給手段と
を備えることを特徴とする請求項７記載の排水処理装置。
【請求項９】
前記第２蓚酸分解槽で処理された排水の一部を前記第１蓚酸分解槽に戻すことが可能な循環手段を備えたことを特徴とする請求項８記載の排水処理装置。
【請求項１０】
前記光触媒は、酸化チタンを表面に有する光触媒繊維の不織布であることを特徴とする請求項７乃至９いずれか記載の排水処理装置。
【請求項１１】
前記蓚酸分解槽で処理された排水中の固形分を濾過して除去する濾過手段をさらに備えたことを特徴とする請求項７乃至１０記載の排水処理装置。
【請求項１２】
蓚酸及びアルミニウムを含有する排水は、蓚酸アルマイト処理されたものの洗浄排水であり、前記アルマイト処理されたものの洗浄は、前記イオン交換手段により処理された処理液を用いることを特徴とする請求項７乃至１１いずれか記載の排水処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−２１２５７９（Ｐ２０１１−２１２５７９Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８２９３２（Ｐ２０１０−８２９３２）
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【出願人】（００００００２０６）宇部興産株式会社 (2,022)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【出願人】（００００００２０６）宇部興産株式会社 (2,022)
【Ｆターム（参考）】
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